Fotosinteza je pomembna biokemijska pot, ki vključuje proizvodnjo sladkorja (glukoze) iz svetlobe, vode in ogljikovega dioksida ter sproščanje kisika. Gre za vrsto zapletenih biokemijskih reakcij, ki se pojavlja v višjih rastlinah, algah, nekaterih bakterijah in nekaterih fotoavtotrofih. Skoraj vsako življenje je odvisno od tega procesa. Hitrost fotosinteze je odvisna od koncentracije ogljikovega dioksida, temperature in jakosti svetlobe. Energijo pridobiva iz absorbiranih fotonov, vodo pa uporablja kot redukcijsko sredstvo.
Fotosinteza v preteklosti
S prihodom življenja na Zemlji se je začel proces fotosinteze. Ker je bila koncentracija kisika zanemarljiva, je prva fotosinteza potekala z uporabo vodikovega sulfida in organske kisline v morski vodi. Vendar raven teh materialov ni zadostovala za dolgotrajno fotosintezo, zato se je fotosinteza z uporabo vode razvila. Ta vrsta fotosinteze z vodo je povzročila sproščanje kisika. Posledično se je koncentracija kisika v ozračju začela povečevati. Zaradi tega neskončnega kroga je bila Zemlja bogata s kisikom, ki bi lahko podpiral sedanji od kisika odvisen ekosistem.
Vloga vode v fotosintezi
V bistvu voda zagotavlja elektrone, ki nadomestijo tiste, odstranjene iz klorofila v fotosistemu II. Prav tako voda proizvaja kisik in z sproščanjem ionov H + zmanjša NADP na NADPH (potreben v Calvinovem ciklu).
Voda kot dobavitelj kisika
Med postopkom fotosinteze šest molekul ogljikovega dioksida in šest molekul vode reagirata v prisotnosti sončne svetlobe, da tvorijo eno molekulo glukoze in šest molekul kisika. Vloga vode je, da sprosti kisik (O) iz molekule vode v ozračje v obliki kisikovega plina (O2).
Voda kot podajalnik elektronov
Voda ima tudi drugo pomembno vlogo, da je dovajalec elektronov. V procesu fotosinteze voda zagotavlja elektron, ki veže atom vodika (molekule vode) na ogljik (ogljikov dioksid) in daje sladkor (glukozo).
Fotoliza vode
Voda deluje kot redukcijsko sredstvo z zagotavljanjem ionov H +, ki pretvorijo NADP v NADPH. Ker je NADPH pomembno reducirno sredstvo, ki je prisotno v kloroplastih, njegova proizvodnja povzroči primanjkljaj elektronov, ki je posledica oksidacije klorofila. To izgubo elektrona morajo nadomestiti elektroni iz nekega drugega redukcijskega sredstva. Photosystem II vključuje prvih nekaj korakov Z-sheme (diagram verige prenosa elektronov pri fotosintezi) in zato reducirno sredstvo ki lahko donira elektrone, je potreben za oksidacijo klorofila, ki ga zagotavlja voda (ki deluje kot vir elektronov v zelenih rastlinah in cinobakterije). Tako sproščeni vodikovi ioni ustvarjajo kemični potencial (kemiosmotski) skozi membrano, ki končno povzroči sintezo ATP. Photosystem II je primarno znan encim, ki deluje kot katalizator pri tej oksidaciji vode.